一種交錯圖騰PFC過零點(diǎn)控制策略

李祥生

本文分別分析了單路和雙路交錯圖騰無橋PFC在過零點(diǎn)處電流尖峰的產(chǎn)生過程，找到了交錯圖騰PFC過零點(diǎn)電流尖峰增加的原因，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)分析結(jié)果提出了一種能夠減小交錯圖騰PFC兩個電感電流畸變的控制方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠?qū)㈦娏骰兛刂圃谂c單路圖騰PFC相同的水平。

【關(guān)鍵詞】圖騰 PFC 交錯 電流 畸變

1 引言

現(xiàn)有的圖騰PFC控制要求交流輸入的極性判斷必須準(zhǔn)確，否則電流在過零點(diǎn)就會畸變。TDK公司為減小過零點(diǎn)的電流尖峰，在其專利中提出一種過零點(diǎn)軟啟動方式，在電壓過零后的最初一段時間內(nèi)逐漸放開占空比，以限制反向恢復(fù)電流尖峰。文獻(xiàn)[1]在過零點(diǎn)之后的最初幾個控制周期將占空比限制為最小值。對于電流連續(xù)模式的單路PFC，在電壓過零以后工頻二極管或者同步整流管的體二極管的反向恢復(fù)電流并不大，對過零點(diǎn)后的控制方式要求不高。若是工作于交錯并聯(lián)狀態(tài)，則必須選擇合適的過零控制方法，否則就會在過零點(diǎn)產(chǎn)生很大的電流尖峰。

2 圖騰PFC過零點(diǎn)換流分析

本文以圖 1為例對單路和雙路交錯圖騰PFC過零點(diǎn)時的換流過程進(jìn)行分析（圖中交流輸入電壓的極性由正半周切換到負(fù)半周），以解決交錯并聯(lián)圖騰PFC的過零點(diǎn)問題。

圖 1（a）二極管D2在正半周處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)輸入電壓進(jìn)入負(fù)半周以后，在最初的幾個開關(guān)周期內(nèi)S1開通則會在D2中產(chǎn)生反向恢復(fù)電流，電流流向如圖中IL所示。如何控制這幾個開關(guān)周期的占空比是圖騰PFC極性切換的關(guān)鍵。

圖 1（b）是兩路交錯圖騰PFC反向恢復(fù)電流通路的示意圖。二極管D2在正半周處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)輸入電壓進(jìn)入負(fù)半周以后，主路的上管S1首先開通，電感L1中會流過反向恢復(fù)電流IL1。在D2的反向恢復(fù)過程中，N點(diǎn)電位會逐漸上升，由于從路下管S4仍處于開通狀態(tài)，電感L1中就會產(chǎn)生電流IL2。電流IL1和IL2方向相反，它們之差才是流經(jīng)D2的反向恢復(fù)電流。由上述分析可知：交錯圖騰PFC的兩個PFC電感在過零點(diǎn)處會產(chǎn)生較大的電流尖峰，而且電流尖峰值大于反向恢復(fù)電流峰值。

3 單路圖騰PFC過零點(diǎn)換流實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件：100Vac輸入，250W輸出，母線電壓300V，開關(guān)頻率45kHz。圖 2是單路圖騰PFC種典型的過零點(diǎn)切換過程。

可以看出工頻整流二極管的正向電流接近0，在3個控制周期內(nèi)就能完成反向恢復(fù)，切換過程結(jié)束。切換過程電感中產(chǎn)生的電流尖峰都不超過5A。

4 交錯圖騰PFC過零點(diǎn)換流實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)條件：100Vac輸入，250W輸出，母線電壓300V，開關(guān)頻率45kHz。圖 3是交錯圖騰過零點(diǎn)處電流尖峰實(shí)驗(yàn)波形，最大的電流尖峰達(dá)到10A，切換時間也較單路圖騰PFC增加一倍，此電流尖峰會使未完全浸漆的PFC電感產(chǎn)生低頻嘯叫。

雖然每路電感電流在過零點(diǎn)處有很大尖峰，但是PFC總電流尖峰并不大，僅為整流二極管的反向恢復(fù)電流，與圖 2中單路圖騰PFC相當(dāng)。

5 過零點(diǎn)電流尖峰減小措施

本文提出一種針對交錯并聯(lián)圖騰PFC的過零點(diǎn)控制方法：單路工作過零。這樣可以消除不必要的位移電流，就能減小IL1和IL2的過零點(diǎn)尖峰。即在過零點(diǎn)以后的幾個控制周期內(nèi)關(guān)閉其中一路PFC，只讓另一路PFC工作即可將電流尖峰控制在與單路圖騰PFC相同的水平。

在45kHz開關(guān)頻率下，單路工作過零的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 5?？梢?，兩路交錯圖騰PFC在單路工作過零時的電流尖峰大大減小，其大小和波形與圖 2單路圖騰PFC基本一致。

6 結(jié)論

兩路交錯圖騰PFC相對于單路圖騰PFC而言，在過零點(diǎn)處從路電感中會因?yàn)楣ゎl整流橋臂中點(diǎn)N的電位變化而產(chǎn)生位移電流，所以會使兩個電感電流尖峰反向增加，而總的PFC電流尖峰并未增加，與單路圖騰PFC相當(dāng)。在過零點(diǎn)以后最初的幾個控制周期內(nèi)，關(guān)閉從路PFC可以同時消除主路和從路電感中的電流尖峰，總PFC電流尖峰仍與單路圖騰PFC相當(dāng)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇斌.單相高效率AC/DC變換器的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.

作者單位

深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院 廣東省深圳市 518055